冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系分析

利用美国国家环境预报中心和美国大气科学研究中心(NCEP/NCAR)1948/1949~2012/2013年的逐日再分析资料,从年际变化和季节内演变两种时间尺度分析了冬季乌拉尔山阻塞与东亚冬季风的联系。结果表明,从年际变化角度,东亚冬季风综合指数(EAWMII)与冬季乌拉尔山阻塞频数显著相关,且两者的线性趋势与周期一致。当乌拉尔山阻塞频繁发生时,对流层中层西伯利亚反气旋异常,东亚大槽加深;对流层低层表现为贝加尔湖及东亚沿岸北风显著加强,中亚和东亚大部分地区地表温度降低,东亚冬季风较常年加强。乌拉尔山阻塞的由强盛到崩溃的过程对应着西伯利亚高压由加强到减弱东移的季节内演变,850 h Pa风场对应为异常北风由贝加尔湖以北逐渐影响至低纬度菲律宾以东的演变特征。     

2008年1月乌拉尔阻塞高压异常活动的分析研究

不少研究已经表明, 乌拉尔阻塞高压的持续活动对2008年1月中国南方雨雪冰冻灾害的发生有重要作用。本文针对2008年1月乌拉尔阻塞高压的异常, 利用NCEP再分析逐日环流资料、 哈德莱中心的海温资料等, 从对流层北极涛动(AO)、 平流层极涡(PV) 以及海温异常等几方面, 对2008年1月乌拉尔阻塞高压异常产生的原因进行了分析研究。结果显示, 虽然从以往多年情况来看, 前期AO及平流层极涡的异常很可能会导致其后乌拉尔阻塞高压发生异常, 然而就2008年1月的情况而言, 2007～2008年冬季对流层AO和平流层极涡的异常都不能成为异常乌拉尔阻塞高压产生和偏强的原因, 因为它们的关系与多年存在的长期关系相反。进一步的分析研究则显示, 2007年12月和2008年1月赤道太平洋的La Niña事件也对乌拉尔阻塞高压的活动没有明显影响; 而北大西洋海温正异常, 尤其是北大西洋副热带海温正异常的存在, 是2008年1月乌拉尔阻塞高压持续的重要外强迫因素。     

夏季乌拉尔长阻塞过程及其与热带热力异常关系个例分析

2010和1998年均为长江洪涝年,这两年大气环流的一个共同特征是乌拉尔阻塞的频繁发生和异常维持。利用NCEP/NCAR逐日再分析的大气环流资料和向上射出长波辐射资料,对比分析了2010和1998年夏季乌拉尔地区环流持续异常的特征、大尺度环流形势、热带加热背景及其可能影响。结果显示:(1)2010年夏季乌拉尔发生了一次持续正异常过程,该过程是自1948年以来持续时间第二长(共37天)的,其最大异常中心在乌拉尔略偏西,持续时间比1998年的那次过程长(1998年的那次过程持续时间为22天);(2)异常过程期间存在行星波活动异常,2010年的过程行星波活动以2、4波的贡献为主,而1998年为1、2波的贡献为主;(3)异常过程期间,热带对流活动存在显著差异。这可能是它们行星波活动不同的原因;(4)两次异常过程期间,一个共同特点是在苏门答腊西侧的热带印度洋区域存在明显的对流增强。该区域强对流可能激发了类似东亚—太平洋遥相关型的波列向中高纬传播,从而调制行星波活动,再影响乌拉尔位势高度异常的形成和持续维持。     

北极海冰对2008年1月乌拉尔高压异常的影响

2008年1月我国南方发生了大范围的雨雪冰冻灾害天气,造成此次灾害的一个重要原因是乌拉尔高压异常的长期维持,而作为下垫面的海洋,2007/2008冬季环北欧海海冰异常偏少。观测资料合成分析表明,乌拉尔山地区出现高压异常与巴伦支海和喀拉海的海冰偏少存在密切对应关系。利用大气环流模式试验研究了(90°W~60°E)区域海冰异常对大气的影响,模拟结果显示海冰对乌拉尔高压异常有正的贡献,线性模式诊断表明天气尺度瞬变波是海冰影响乌拉尔高压异常的一种重要机制。     

中国北方冬季气温的年际变化对北太平洋东部海温异常的响应

利用地面气温观测资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了中纬度北太平洋东部海温异常变化对中国北方地区冬季气温的可能影响。结果表明,前期夏、秋季中纬度北太平洋东部海温与北方地区冬季气温存在持续稳定的正相关关系,并且这种相关性在年代际尺度上较年际尺度更为显著。这种联系与中纬度北太平洋东部关键区海温在对流层中低层激发出的一种类似北美—大西洋—欧亚遥相关型波列有关。当前期关键区海温偏高（低）时,其激发的波列使得乌拉尔山阻塞高压偏弱（强）,西伯利亚高压偏弱（强）,导致贝加尔湖以南大部地区受正（负）高度距平控制,亚洲地区中高纬以纬（经）向环流为主,有利于北方大部地区气温偏高（低）。研究表明,中纬度北太平洋东部海温异常通过激发出一个从关键海区到我国北方地区的跨越东西半球的遥相关型波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,进而影响北方冬季气温。     

Seasonal Cumulative Effect of Ural Blocking Episodes on the Frequent Cold events in China during the Early Winter of 2020/21

Starting in mid-November,China was hit by several cold events during the early winter of 2020/21.The lowest temperature observed at Beijing station on 7 January reached?19.6°C.In this paper,we show that the outbreak of the record-breaking extreme cold event can be attributed to a huge merging Ural blocking(UB)ridge over the Eurasian region.The sea-ice cover in the Kara and East Siberia Seas(KESS)in autumn was at its lowest value since 1979,which could have served as a precursor signal.Further analysis shows that several successive UB episodes occurred from 1 September 2020 to 10 January 2021.The persistent UB that occurred in late September/early October 2020 may have made an important contribution to the October historical minimum of sea ice in the KESS region.Our results also show that,after each UB episode in winter,significant upward propagation of wave activity occurred around 60°E,which resulted in weakening the stratospheric vortex.Meanwhile,each UB episode also caused a significant reduction in sea-ice extent in KESS and a significant weakening of the westerly jet in mid-high-latitude Eurasia.Results suggest that the Arctic vortex,which is supposed to enhance seasonally,became weaker and more unstable than the climatic mean under the seasonal cumulative effects of UB episodes,KESS warming,and long-lasting negative-phase North Atlantic Oscillation(NAO-).Those seasonal cumulative effects,combined with the impact of La Ni?a winter,led to the frequent occurrence of extreme cold events.     

东亚-太平洋遥相关型波列对夏季东北亚阻塞高压年际变化的影响

利用1980～1988年9年的观测资料,分析了夏季东北亚阻塞高压的年际变化及其与江淮地区夏季降水之间的关系,指出夏季东北亚阻塞高压具有十分明显的年际变化,同时它与江淮地区夏季降水之间存在着较密切的关系:当夏季东北亚阻塞高压频发时,江淮地区降水偏多;而当夏季东北亚阻塞高压维持日数少时,江淮地区降水偏少。为考察产生上述结果的原因,我们分析了全球海温异常,并利用合成的热带西太平洋海温异常模拟研究了热带西太平洋海温异常对东北亚阻塞高压形成和维持的影响。最后指出热带西太平洋海温异常引起的东亚-太平洋型遥相关波列是产生夏季东北亚阻塞高压的年际变化及其与江淮地区夏季降水之间关系的一个重要原因。     

长江流域月降水的时空变化及其与AO/NAO的时滞相关分析

运用旋转经验正交函数(REOF)和交叉小波变换方法,分析了长江流域1960—2012年月降水的时空分布特征及其与AO/NAO的时滞相关关系。结果表明:(1)长江流域月降水异常分布的局域特征明显,可划分为4个主要的空间异常型:两湖平原型、东南丘陵型、西南型及北方型;(2) 4个主要的空间异常模态的累计贡献率达45. 8%,其中REOF1(18. 9%)的正异常区位于巫山及两湖平原地区;东南丘陵一带为REOF2(12. 3%)的正值中心,REOF3(8. 9%)突出了云贵高原北部和四川盆地南部的正异常区; REOF4(5. 7%)的负值中心处于四川盆地北部及其以北地区。这4个模态的时间系数(RPCk)的变化幅度较大,且其位相均呈不规则的正负交替,表明各降水异常区具有复杂的时间演变特征;(3) 4个主要异常模态与AO、NAO在特定时间尺度皆存在显著相关的现象,巫山及两湖平原地区、四川盆地北部及其以北地区的月降水均对AO表现出及时响应;东南丘陵一带的月降水对AO、NAO的最佳滞后响应时间都较长。     

北太平洋涛动的季节演变及其与我国冬春气候异常的联系

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站的观测资料,首先定义了季节平均的北太平洋涛动(NPO)指数,在此基础上分析了不同季节中NPO的时空变化特征,特别对冬季和春季NPO与我国气温、降水异常的关系作了研究.结果表明,作为北太平洋地区海平面气压(SLP)年际变化的第二模态,NPO具有相当正压的结构,在地面表现为...     

中纬度阻塞高压指数与华北夏季降水的联系

利用500hPa高度场资料计算了亚洲中纬度3个区域(鄂霍次克海区、贝加尔湖区、乌拉尔山区)阻塞高压指数，通过相关分析、合成分析研究了阻塞高压指数与华北夏季降水之间的联系。结果表明3个区域阻塞高压指数均具有明显的年代际变化，并且与华北夏季降水在年代际尺度上关系密切，相关系数分别为-0．4622、-0．6763、-0．6713。在阻塞高压的频发期，中纬度西风在东亚地区发生分支，分别形成极锋和副热带锋区，东亚夏季风偏弱，西太平洋副热带高压位置偏南，我国夏季雨带位置偏南，造成华北夏季干旱；而在阻塞高压的少发期则相反。     

夏季黄河流域降水气候特征及其与大气环流的关系

本文基于1958—2015年夏季黄河流域55个观测站降水量和NCEP/NCAR再分析1高度场等资料,使用MannKendall突变检验、合成分析和Monte Carlo检验等气候统计方法,分析了黄河流域58年夏季降水量的气候变化特征,以及导致其变化的大气环流成因。58年期间,黄河流域夏季降水量总体呈减少趋势,尤其在河套北部有显著性减少趋势,其主要原因是欧亚中高纬度等压面升高、西风带减弱所致;1975年和1996年是黄河流域夏季降水的两个明显年代际气候变化转折点,在1958—1975年期间,黄河流域夏季降水量年际变化大,异常偏多和偏少年出现频次较高,期间欧亚中高纬度及其以南包括黄河流域地区高度场偏低,主要受高空低压系统和较强冷空气影响;在1976—1995年期间,黄河流域大部降水偏多,其主要环流成因为乌拉尔山阻塞高压发展、贝加尔湖到东北亚一带受负高度距平控制高空槽加深,同时,来自南方的暖湿气流输送增强;到1996—2015年最近20年间,乌拉尔山北部环流高度场偏低、里海至贝加尔湖再到东北亚一带高度场一致偏高,黄河流域一带西风带强度和冷空气势力均较弱,流域受高压影响导致大部区域降水偏少。不同时期黄河各流域段降水量与中高纬度阻塞高压以及与西北太平洋副热带高压的相关关系分析进一步说明了上述结论。     

12月乌拉尔山阻塞形势的建立与亚洲地区大气环流及蒙古高压强度变化的关系

本文主要通过相关统计分析,研究了12月乌拉尔山(以下称乌山)阻塞形势的建立与其下游亚洲地区大气环流及蒙古高压强度变化的关系.并对极地热状况(用北极海冰作为代替指标)的异常变化对乌山阻塞形势的可能影响进行讨论,最后分析了乌山阻塞形势的建立对欧亚大部地区气温变化的影响问题.得到如下主要结果:乌山阻塞形势建立时,其下游蒙古地区500hPa高度场明显下降,东亚大槽位置较常年偏西,强度变弱.同时,地面蒙古高压显著偏强.前期夏季(6—8月)北极Ⅰ、Ⅲ区海冰冰情变化对乌山阻塞形势的建立具有一定的指示性,尤以7月指示性较好.表现为,Ⅰ、Ⅲ区冰情越重,后期12月乌山地区越易出现阻塞彤势.乌山阻塞形势对欧亚地区气温变化的影响,主要表现为,乌山地区及其西部的欧洲地区分别在高压脊或脊后西南暖湿气流的控制之下,气温较常年偏高:而亚洲大部地区,尤其是我国在脊前西北干冷气流的控制之下,气温较常年明显偏低.     

季风湿润区冬季水汽收支年际及年代际变化特征

采用1958—2007年NCEP/NCAR再分析资料和我国160站降水资料,对东亚大陆季风湿润区冬季的水汽收支变化与大气环流和我国降水异常特征的关系进行研究。结果表明:冬季水汽收支时间序列表现出明显的长期气候变化趋势。挑选的水汽收支高、低值年不仅能够指示季风湿润区经向风的异常变化,还能够指示东亚冬季风的强弱和降水的异常变化。高值年,蒙古冷高压和阿留申低压偏弱,对流层低层为异常偏南风,整层为异常逆时针环流,30°N以南的辐合和上升运动强,大气水分收入增多,降水增加;低值年则相反。差值合成的异常降水量中心值可达40 mm以上,差值合成的水汽异常输入主要集中在600~900 hPa。合成的经向水汽收支占净收支变化的91.3%,纬向上相差较小。季风湿润区南、北区域的水汽收支及降水的差异明显,纬向的收入支出对此差异贡献较大。水汽收支的年代际特征,不仅能够指示水汽输送的强弱及从海洋输入水汽的多少,还能够指示季风湿润区降水的变化,且差值合成的异常降水量最大可达30 mm以上。     

2010年夏季欧亚异常阻高演变过程及对天气气候的影响

2010年6—8月,北半球存在欧亚遥相关,异常最早出现在北大西洋高空急流出口区,为负扰动,扰动沿遥相关波列向下游传播,造成莫斯科地区的高温热浪以及巴基斯坦与中国西北和东北部的暴雨洪涝。遥相关分析表明,急流出口区的负扰动首先引起俄罗斯西部的正扰动,阻塞高压发展,造成持续高温干旱;之后引起西亚北部的负扰动,造成冷空气频繁南下,与北上和西进的印度季风交汇在巴基斯坦北部,造成极严重的洪涝;8月初扰动沿高空急流继续向下游传播,在我国西北、东北以及朝鲜半岛造成洪涝,甘肃舟曲突发性大暴雨和泥石流以及松花江暴雨就发生在这个时期。由于2010年夏季整个欧亚地区经向型环流异常发展,高空急流经向分量很大,这导致高、低纬冷暖空气在不同地区持续相互作用,不仅使阻塞高压在中高纬俄罗斯西部异常发展、强大和持续,而且使低纬巴基斯坦发生严重洪涝,以及我国中纬度地区的强烈暴雨。季风活动在引发上述暴雨洪涝起着十分关键的作用,分别表现为来自低纬阿拉伯海和孟加拉湾的两支暖湿气流与沿着阻高东侧南下的冷空气在巴基斯坦北部上空交汇;来自印度洋、太平洋的暖湿气流和中纬度西风带的水汽在我国东北以及朝鲜半岛上空交汇。     

东亚冬季风的时空变化及其与ENSO、AO相互关系的研究进展

作为亚洲季风系统中的一个重要组成部分, 东亚冬季风的变化对北半球甚至全球的天气气候都有重要的影响。本文回顾了近些年国内外关于东亚冬季风变化特征, 主要包括其时间和空间演变及其与ENSO、AO之间相互作用等研究的主要进展。目前已有的研究结果表明, 东亚冬季风系统是一个贯穿于整个大气对流层的深厚型环流系统, 其异常表现为东亚区域整层环流系统的异常;东亚冬季风具有2a, 5~7a的年际变化和10a以上的年代际变化, 有空间分布的不均匀性及爆发与撤退日期的突变性;强弱冬季风年的异常环流形势在对流层各层以及高纬度、中纬度和低纬度地区都有所表现;在年际尺度上, ENSO、AO与东亚冬季风有一定的相关性, 但是在年代际上, 东亚冬季风同两者之间有着更显著的联系, 通过大气动力和热力过程, 它们之间相互影响、相互作用, 共同影响我国、东亚甚至于全球天气气候的变化。     

青藏高原西侧地区冬季降水的年际变率及其影响因子

基于全球降水气候中心（GPCC）和全球降水气候计划（GPCP）的降水数据及ERA-interim再分析资料,分析了1979~2012年冬季青藏高原（简称高原）西侧地区降水的基本特征及影响其年际变率的潜在因子。结果表明高原冬季降水主要发生在其西侧地区且为全区变化一致型,降水所需的水汽主要来自上游地区,从该区域的西边界输入。然而,高原西侧地区冬季降水的年际变率主要由水汽输送的动力过程所决定,表现为高原西侧的西南风异常。此外,高原西侧冬季降水的年际变率与其上游典型的大气内部变率北大西洋涛动和北极涛动相关性不强,而与赤道西印度洋和热带中东太平洋的海温显著相关。热带中东太平洋海温异常通过影响大气环流变化,在印度洋北部激发一个反气旋式的环流异常,使得高原西侧地区出现异常西南风,从而加强了水汽通量输送的动力作用。同时在赤道异常东风的作用下,暖水也向印度洋西部输送堆积。赤道中东太平洋海温的异常可进一步导致西风急流发生南北移动,从而也在一定程度上影响了高原西侧冬季水汽输送以及降水的年际变率。     

1998及1999年乌山阻高突变对长江中下游大暴雨过程的影响

1998年和1999年在长江中下游地区发生了特大暴雨,为了了解这两年长江中下游地区强暴雨系统的大尺度环流背景和寻找发生大暴雨的前兆因子,我们分析研究了乌拉尔山地区阻塞高压的逐日变化对长江中下游地区强暴雨过程的影响.本文利用1 9 9 8年6月、7月和1 9 9 9年6月逐日12:00(世界时,下同)500 hPa高度场和乌拉尔山及附近地区(45.～65.N,30.～100.E)的阻塞高压强度指数(UBHII)资料.重点分析研究了这两年长江中下游地区大暴雨发生前后的UBHII和环流的逐日变化特征,发现这两年持续性大暴雨过程均发生在乌山阻高从强高峰向低谷下降期间,即在长江中下游地区发生大暴雨过程之前乌山阻高就先有一个突变.若欧亚环流比较稳定,则长江中下游地区降水较少.这个研究结果说明乌山阻高从异常加强期向减弱期转折这一特征是1998及1999年长江中下游地区将要发生特大暴雨过程的重要前兆之一.文中还对1998年7月下旬和1999年6月下旬欧亚地区逐日500 hPa高度的环流演变过程作了分析探讨,特大暴雨的产生必须同时有强冷空气与强暖湿气流的相互作用,在乌山阻高开始建立和加强期,亚洲上空环流比较稳定,长江中下游上空缺乏冷暖气流的剧烈活动,所以没有明显的降水过程.而乌山强阻高开始减弱是强冷空气开始活动的一个重要标志,也是长江中下游地区发生大暴雨过程的重要前兆之一.     

夏季贝加尔湖阻塞高压的年际变化及其与我国降水的关系

采用1952—2008年NCEP/NCAR逐日500 hPa高度场再分析资料及中国国家气象中心整编的全国160站降水资料,对夏季贝加尔湖地区阻塞活动的年际变化特征及其同期与我国降水的可能联系,进行了分析。结果表明: 夏季贝加尔湖阻塞区域的阻塞活动具有明显的年际变化;在年际尺度上,夏季贝加尔湖地区阻塞活动偏多(少)对我国内蒙古东北部,华北部分地区,四川盆地与云南地区附近及广东南部的涝(旱)有一定的影响;同时对我国内蒙古中部,秦岭东北部,华北东部及川西高原的旱(涝) 也有一定的影响。     

近50年华北干旱的年代际和年际变化及大气环流特征

利用1948～2000年NCEP/NCAR再分析逐日及月平均位势高度、风、温度、垂直速度等物理量和中国气温、降水资料,分析近50年中国华北地区干旱的年代际、年际变化及其环流特征,并探讨1999和2000年华北地区持续干旱环流型及其成因.研究指出:20世纪80年代以来华北地区降水持续偏少,干旱强度有所增加,这与夏季200 hPa矢量风距平场亚洲中纬度西风环流加强,850 hPa风矢量距平场中国东部110～120°E范围内偏南气流比气候平均状况偏弱有关.夏季华北降水偏少的一种主要大气环流型是:500hPa位势高度场上40～50°N的欧亚大陆位势高度偏高并叠加欧亚(EU)遥相关型,华北大部分地区受高压控制.1999和2000年夏华北地区持续严重干旱的主要环流特征是:亚洲大陆高压持续发展、长期维持并相当稳定,华北地区上空受闭合暖性高压控制,高空暖性高压气流强烈下沉,引起空气绝热增温,近地面感热增加使得干旱区气温升高,下垫面非绝热强迫作用与大陆暖高压加强形成正反馈过程.     

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特...